Praktische Informatik 1 Datenstrukturen

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1 Praktische Informatik 1 Datenstrukturen Übung 1 ( ) Vollversion: unter > Dokumente > Praktische Informatik - Datenstrukturen Aufgabe: Wortliste 1. Implementierung //Original WordList version public class WordList0 extends WordList { WordNode head = null; public WordList0() { private WordNode search(string word) { //while [1] - Suche ob Wort vorhanden, dann rückgabe des Knotens while(tempnode!=null &&!tempnode.wordstring.equalsignorecase(word)) { tempnode = tempnode.next; return tempnode; public void insert(string word) { WordNode tempnode = search(word); // if [1] - wenn Wort nicht vorhanden, Wort hinzufügen sonst frequency + 1 if (tempnode==null) { WordNode p = new WordNode(word.toUpperCase()); p.next = head; head = p; else{ tempnode.frequency++; // Get frequency of word public int getfrequency(string word) { int freq; WordNode tempnode = search(word); // if [2] - prüft ob Wort vorhanden und liefert dann frequency if (tempnode==null) { freq =0; else { freq = tempnode.frequency; return freq; // Number of different words public int nofdifferentwords() { int wordsum = 0; //while [2] - solange wörter existieren, erhöhen um 1 wordsum++; return wordsum; Seite 1

2 // Mean frequency of equal words public double meanwordcount() { double wordsum = 0; double wordsumgeneral = 0; //while [4] - solange wörter existieren, erhöhe um frequency wordsum++; wordsumgeneral += tempnode.frequency; //if [3] - rückgabe wenn mind. 1 wortfreq if (wordsumgeneral > 0){ return (wordsumgeneral/wordsum); else{ return Double.NaN; // Get all words with specified frequency public String[] getwords(int frequency) { int indexmax = 0; //while[6] - solange wörter existieren //if[4] - wenn freq gefunden, wort zu liste hinzu if (tempnode.frequency == frequency){ indexmax++; tempnode=head; int i=0; String[] wordlistfreq = new String[indexMax]; if (tempnode.frequency==frequency){ wordlistfreq[i]=tempnode.wordstring; return wordlistfreq; // Get all words starting with the specified prefix public String[] getwordsstartingwith(string prefix) { int indexmax = 0; //while[7] - solange wörter existieren //if[5] - wenn prefix gefunden, wort zu liste hinzu if (tempnode.wordstring.startswith(prefix.touppercase())){ indexmax++; tempnode = head; int i = 0; String[] wordlistprefix = new String[indexMax]; if (tempnode.wordstring.tolowercase().startswith(prefix.tolowercase())){ wordlistprefix[i]=tempnode.wordstring; return wordlistprefix; Seite 2

3 public void printlist() { int i=1; Out.println(i + ". \"" + tempnode.wordstring + "\" (" + tempnode.frequency + " times)"); tempnode = tempnode.next; 2. Erweiterter Test (Funktionalität) Prüfung nach: PrintList-Methode (erfolgreich) Insert-Methode (erfolgreich) getwords-methode (erfolgreich) getwordsstartingwith-methode (erfolgreich) getfrequency (erfolgreich) meanwordcount (erfolgreich) Testausgabe: 1. "Test" (1 times) 1. "Test" (2 times) 1. "Word" (1 times) 2. "Test" (2 times) 1. "Text" (1 times) 2. "Blabla" (3 times) 3. "Word" (1 times) 4. "Test" (2 times) Text Test Blabla Anzahl MeanWord Test of functionality OK. Quellcode WordListTest - erweitert: static void printstrings(string[] words) { int size = words.length; for (int i = 0; i < size; i ++) { if (i!= 0) { Out.print(", "); Out.print(words[i]); Out.println(); static boolean checkstrings(string[] w1, String[] w2) { int size1 = w1.length; int size2 = w2.length; if (size1!= size2) { return false; Seite 3

4 for (int i = 0; i < size1; i ++) { boolean found = false; for (int j = 0; j < size1; j ++) { if (w1[i].equalsignorecase(w2[j])) { found = true; if (!found) { return false; return true; static void testfunctionality() { boolean failed = false; WordList wl = createwordlist(); if (wl.nofdifferentwords()!= 0) { Out.println("Number of different words wrong!"); failed = true; double res = wl.meanwordcount(); if (!Double.isNaN(res)) { Out.println("Mean word count <" + res + "> wrong!"); failed = true; wl.insert("test"); wl.insert("test"); wl.insert("word"); wl.insert("blabla"); wl.insert("blabla"); wl.insert("blabla"); wl.insert("text"); String[] words = wl.getwords(2); String[] cmpwords1 = { "TEST" ; if (!checkstrings(words, cmpwords1)) { Out.print("Words with frequency 2 wrong: "); printstrings(words); failed = true; String[] words2 = wl.getwordsstartingwith("te"); for(int i = 0;i<words2.length;i++){ Out.println(words2[i]); String[] words3 = wl.getwords(3); for(int i =0;i<words3.length;i++){ Out.println(words3[i]); int number = wl.getfrequency("word"); Out.println("Anzahl " + number); if (number!=1){ Out.println("GetFrequency wrong!"); failed=true; Out.println(wl.meanWordCount()+" MeanWord"); if (wl.meanwordcount()!=1.75){ Out.println("MeanWordCount wrong!"); failed=true; Seite 4

5 3. Optimierung Nr. 1 Schwerpunkte der Optimierung: Verkürzung der Laufzeit Verringerung des Quellcodes Quelltext Optimierung Nr. 1 (nur die Änderungen gegenüber der Standardimplementierung (siehe 1)) // Optimized WordList version 1 public class WordList1 extends WordList { WordNode head = null; int diffelements = 0; int elements = 0; public void insert(string word) { WordNode tempnode = search(word); if (tempnode==null) { WordNode p = new WordNode(word); p.next = head; head = p; elements++; diffelements++; else{ tempnode.frequency++; elements++; // Number of different words public int nofdifferentwords() { return diffelements; // Mean frequency of equal words public double meanwordcount() { double meannumber; if (elements > 0){ meannumber = (double)elements/(double)diffelements; return meannumber; else{ return Double.NaN; //Get all words starting with the specified prefix public String[] getwordsstartingwith(string prefix) { int i =0; String[] wordlistprefix = new String[elements]; if(tempnode.wordstring.startswith(prefix.touppercase())){ wordlistprefix[i]=tempnode.wordstring; String[] wordlistprefix2 = new String[i]; for (int e=0;e<i;e++){ wordlistprefix2[e]=wordlistprefix[e]; return wordlistprefix2; Seite 5

6 4. Optimierungstest StandardImplementierung Enter filename for efficiency test: Alice.txt File Alice.txt read (27575 words). Inserting words needs milliseconds (dw = 2601, mean = /10) getfrequency needs milliseconds (30905/30) nofdifferentwords needs milliseconds (40268/20) meanwordcount needs milliseconds (100514/10) getwords (1-400) needs milliseconds (11727/10) getwords (1-20) needs milliseconds (13500/0) getwordsstartingwith needs milliseconds (73065/10) Optimierung 1 Enter filename for efficiency test: Alice.txt File Alice.txt read (27575 words). Inserting words needs milliseconds (dw = 2601, mean = /10) getfrequency needs milliseconds (32377/30) nofdifferentwords needs 3.0E-5 milliseconds (50/20) meanwordcount needs 8.0E-5 milliseconds (90/10) getwords (1-400) needs milliseconds (10365/10) getwords (1-20) needs milliseconds (12107/10) getwordsstartingwith needs milliseconds (54549/10) Test functionality/efficiency/quit/wordlist0/wordlist1/wordlist2 (f/e/q/0/1/2): Fazit der Optimierung Quelltext wurde erfolgreich von 149 Zeilen auf 115 reduziert Laufzeitdauer der Optimierung liegt weiter unter der Laufzeitdauer der Standardimplementierung durch Speicherung der Anzahl an enthaltenen Wörter und der Anzahl an verschiedenen Wörter 5. Optimierung Nr. 2 Schwerpunkte der Optimierung: Funktionalität verbessern durch geordnete Liste Quelltext der Optimierung Nr. 2 (nur Änderungen gegenüber der Optimierung Nr. 1) // Optimized WordList version 2 public class WordList2 extends WordList { WordNode head = null; int diffelements = 0; int elements = 0; public WordList2() { public void insert(string word) { WordNode tempnodeprev = null; while(tempnode!= null&&tempnode.wordstring.comparetoignorecase(word)<0){ tempnodeprev = tempnode; tempnode = tempnode.next; if (tempnode==null){ WordNode p = new WordNode(word.toUpperCase()); if (tempnodeprev!=null){ tempnodeprev.next=p; else{ Seite 6

7 head=p; elements++; diffelements++; else if (tempnode.wordstring.comparetoignorecase(word)==0){ tempnode.frequency++; elements++; else{ WordNode p = new WordNode(word.toUpperCase()); p.next = tempnode; if (tempnodeprev!=null){ tempnodeprev.next=p; else{ head=p; elements++; diffelements++; // Get frequency of word public int getfrequency(string word) { int freq; while(tempnode!= null&& tempnode.wordstring.comparetoignorecase(word)<0){ if (tempnode==null){ freq =0; else if (tempnode.wordstring.comparetoignorecase(word)==0){ freq = tempnode.frequency; else{ freq =0; return freq; // Get all words with specified frequency public String[] getwords(int frequency) { int i = 0; String[] wordlistfreq = new String[diffElements]; if (tempnode.frequency == frequency){ wordlistfreq[i] = tempnode.wordstring; String[] wordlistfreq2 = new String[i]; for (int e=0;e<i;e++){ wordlistfreq2[e]=wordlistfreq[e]; return wordlistfreq2; // Get all words starting with the specified prefix public String[] getwordsstartingwith(string prefix) { int i =0; String[] wordlistprefix = new String[diffElements]; while(tempnode!=null&&tempnode.wordstring. substring(0,0).comparetoignorecase(prefix)<=0){ if(tempnode.wordstring.startswith(prefix.touppercase())){ wordlistprefix[i]=tempnode.wordstring; String[] wordlistprefix2 = new String[i]; for (int e=0;e<i;e++){ Seite 7

8 wordlistprefix2[e]=wordlistprefix[e]; return wordlistprefix2; 6. Optimierungstest Funktionalität mit geordneten Elementen erfolgreich Erhöhung der Laufzeitdauer bei Insert und GetFrequency -Methode, Verringerung der Laufzeitdauer bei getwordsstartingwith -Methode Gesamtlaufzeit entspricht ungefähr der Laufzeit der Optimierung Nr. 1 Geschwindigkeitsvergleich (Standardimplementierung, Optimierung 1, Optimierung 2) Standard Implementierung Standard Implementierung Optimierung 1 Optimierung 2 insert 3710, ,5 7955,5 getfrequency 0,207 0,2037 0, ,44965 nofdifferentwords 0, , , ,00004 meanwordcount 0, , , ,00007 getwords(1-400) 0, , , ,15563 getwords(1-20) 0, , ,1359 0,15752 getwordsstartingwith 8,5172 8,2609 7,1292 3,5251 Geschwindigkeitsvergleich Zeiten 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Standard Implementierung Standard Implementierung Optimierung 1 Optimierung 2 insert getfrequency nofdifferentwords meanwordcount getwords(1-400) getwords(1-20) Methoden getwordsstartingwith 7. Optimierungsresumé Die Möglichkeiten bei der Optimierung bezüglich der Verkürzung der Laufzeitdauer sind begrenzt und verkürzen die Laufzeitdauer nur gering. Die Optimierung zur Erhöhung der Funktionalität gehen teilweise auf Kosten der Geschwindigkeit, jedoch ist eine geordnete Liste hilfreicher beim Suchen. Die Zeit zum Suchen eines Elements kann durch eine geordnete Liste ebenfalls verkürzt werden. Eine Gesamteffizienz ist schwer zu finden, da sich die Gewinne an Laufzeit an anderen Stellen niederschlagen und somit nur kleine Laufzeitverkürzungen erreicht werden können. Seite 8

9 Ja, diverse Optimierungen gehen auf Kosten anderer Methoden, da sich Vorteile bei bestimmten Methoden in Nachteile bei anderen Methoden auswirken. Somit ist keine Verbesserung der Funktionalität möglich, ohne negative Einflüsse auf die Laufzeit auszuüben. Teilweise lassen sich die Optimierungen aus Nr.1 und Nr.2 kombinieren, großteils schließen sie sich allerdings gegenseitig aus. Seite 9